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钢渣的综合利用现状

摘要:近年来,我国的钢铁产量逐年增加,钢渣固废也随之增加。为了解决钢渣固废处理难题,本文阐述了国内钢渣利用现状。...

        近年来,我国的钢铁产量逐年增加,钢渣固废也随之增加。为了解决钢渣固废处理难题,本文阐述了国内钢渣利用现状,包括钢铁行业发展状况、固废产生情况、固废利用状况及相关政策导向和资源化利用技术,以期为钢渣的资源化利用研究提供一定的参考与帮助。
 

         一、钢渣利用现状

      (一) 钢铁行业发展现状
 

        钢铁的产量代表一个国家的工业发展水平,1996 年以前世界领先的钢铁产量国依次是英国、美国、苏联、日本。1996年至今,中国的钢铁产量已经连续 24 年世界第一,目前中国的粗钢产能过亿且是历史上占比达 50%的唯一国家,我国钢铁引领世界的时间跨度将超过英、美,可能达百年时间。
 

      ( 二) 钢铁固废产生情况

        随着我国钢铁产量的增加,炼钢过程中产生的固体废物也逐年增加,2019 年我国产生钢铁固废总量达 31.5 亿 t,其中高炉渣产生量为 28.3 亿 t,占比为 47.52%;钢渣产生量为 1.49亿 t,占比为 25.07%;铁合金渣为 0.73 亿 t,占比 12.27%;含铁尘泥为 0.9 亿 t,占比为 15.14% 。
 

      (三) 钢铁固废利用情况

        如图 1 所示,2012—2019 年我国钢铁固废综合利用量呈上升趋势,2019 年钢铁固废综合利用量约为 4.55 亿 t,综合利用率约为 76.26%,钢铁固废综合利用率近几年略微下降。

钢渣

      (四)  钢渣未能规模化利用问题

        ①钢渣来源不稳定,化学成分与物相组成复杂、变化大;

        ②冷却方式多样,导致钢渣形成不同的微观特性与宏观特征;

        ③矿物结晶粗大,活性组分难被以解离的玻璃体包裹;

        ④易磨性差,钢渣难以实现更大比表面积和更高的活性。
 

      (五) 政策导向

        近年来国家发布了一系列法规、财税、环保政策用于推进钢铁固废的综合利用技术的发展,2018 年国务院印发了《“无废城市”建设试点工作方案》指出持续推进固体废物减量和资源化利用,培养一批固体废物资源化利用骨干企业,为钢铁企业开展固废综合利用产业创造新的契机, 《产业结构调整指导目录(2019 年本)》中鼓励发展钢渣综合利用先进工艺技术,2019 年发改委发布《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》,该通知明确提出积极推动钢渣尾渣深度研究、分级利用、优质优用和规模化利用。

        推广技术先进、能耗低、耗渣大、附加值高的产品,全面实现钢渣“零排放”。2020年修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中明确固体废物污染环境防治坚持减量化、资源化和无害化原则。2020 年《中央预算内投资生态文明建设专项资金支持》支持大宗固废资源综合利用(包含冶金渣),对符合相关要求的项目提供补助资金。

 

        二、 资源化利用

        目前,钢渣通过热闷法、陈化法、热泼法、滚筒法、风淬法、水淬法进行预处理,再通过化学、物理、热力活化等方式激发钢渣活性,进而提取有价值组分、冶炼溶剂、做充填材料、做建材以及应用于农业等方式进行综合利用。其中能常用的资源化利用方式为做路基材料、沥青路面、制水泥、透水砖等。
 

      (一) 路基、混凝土

        钢渣具有耐磨、抗滑、高碱度等特性,利用钢渣制备沥青混凝土,可以改善沥青混凝土的耐磨、抗滑、抗水损害等性能。但钢渣沥青混凝土的发展仍然面临许多问题,多孔结构导致

        沥青用量高、热耗大,增加制备成本;钢渣体积稳定性不良,导致沥青混凝土的耐久性能没有改善。研究表明,陈化处理是改善钢渣体积稳定性的有效方法 。控制大粒径骨料及沥青用量,可以提高钢渣沥青混凝土的路用性能 。经高压辊式立磨分选出的钢渣集料物理、力学性能均符合 GB/T 24766—2009的要求,是一种可用于公路的优良集料 。此外,钢渣制备轨枕混凝土对于钢渣的资源化利用也是良好的借鉴 。
 

      ( 二) 烧结材料

        与水泥基不同,陶瓷制备过程经理高温烧结工艺,这使得原料中的有害离子转换为陶瓷产品中的有益部分,并且建筑陶瓷在我国消耗量大,是一条大宗高值利用的新途径。在空气条件下烧,钢渣原料中的 Fe 2+ 发生氧化形成赤铁矿相,烧结样品抗压强度和吸水率都要优于在氮气条件下烧结的样品。钢渣也被用于烧制多孔陶瓷或者泡沫玻璃吸声材料,这类多孔吸声材料具有较好的吸声性能,采用颗粒堆积与添加造孔剂结合的方法制备钢渣多孔吸声材料,孔隙度可达到 60%以上,材料抗压强度为 7.0 MPa~100 MPa,NRC 在 0.42 以上。
 

      ( 三) 农业上应用

        钢渣在中国农业生产应用的时间较晚,但中国科研人员近年来对钢渣在农业上的应用研究进展迅速,主要应用方向为土壤改良、提高土壤硅素肥力及增加作物产量方面 。使用钢渣能有效提升土壤 pH 和有效硅含量,促进水稻对硅素养分的吸收,显著促进水稻生长 。但是钢渣中钙、镁含量和 pH 过高可能限制土壤养分有效性及水稻对养分的吸收利用,对水稻生长不利 。

        研究表明钢渣和变形球囊霉复合处理可以提高土壤 pH 和土壤总提取球囊霉素的质量分数,降低土壤DTPA-Cd/Pb 的质量分数,从而促进玉米的生长,降低玉米地上部和根部 Cd/Pb 的积累。此外,与常规施肥相比,增施钢渣对于提高大豆产量也有积极影响,吴建富等研究钢渣用量在 1200 kg/hm 2 的处理效果最好,能显著提高红壤旱地土壤总孔隙度、Ph、CEC 和碱解氮、有效磷、速效钾、有效硅含量。

 

        三、  结语

     (1)随着我国钢铁产量的增加,炼钢过程中产生的固体废物逐年增加,国家相继出台的政策法规推动钢渣固废资源化利用,钢渣利用技术逐渐被开发完善。

     (2)钢渣活化技术和设备的开发,提高钢渣的有效利用率。

     (3)钢渣作为路基材料及混凝土的技术日趋完善,陈化处理、钢渣掺量、适量钢渣粒径的应用技术研究解决了沥青用量高、热耗大、产品稳定度不良等问题。

     (4)钢渣烧结陶瓷技术的开发,提高陶瓷的质量,促进多功能陶瓷特用的使用。

     (5)钢渣应用于农业可以有效促进土壤改良、加强土壤硅素肥力及增加作物产量。

 

 

来源:低碳世界 
作者:伍秀群 王阳  

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